¿Cómo funciona un generador eléctrico?
Summary
TLDREste video presenta un proyecto de estudiantes de la UNAM sobre la variación de la fuerza electromotriz (FEM) inducida en un generador. Explican el funcionamiento de un motor de corriente directa, la relación entre velocidad angular y voltaje, y cómo se mide la FEM utilizando un multímetro. Usan un montaje experimental con una manivela para generar energía eléctrica, iluminando un LED. Los resultados muestran que la FEM es proporcional a las revoluciones por segundo. Se realiza un ajuste de mínimos cuadrados para describir la relación entre FEM y velocidad, concluyendo con la importancia de la contra FEM en motores y generadores.
Takeaways
- 📚 El proyecto presentado es sobre la variación de la fem inducida en un generador, realizado por alumnos de la UNAM.
- ⚡ El objetivo principal es entender cómo funciona un motor de corriente directa, observar la variación del voltaje en un generador y analizar su comportamiento.
- 🔄 Se explica cómo un motor eléctrico de corriente directa genera movimiento a través de un campo electromagnético creado por un electroimán.
- 🧲 La polaridad de un electroimán se invierte al intercambiar los cables, lo que provoca que el motor gire de manera continua.
- ⚙️ Los conmutadores y las brochas permiten que la armadura del motor gire libremente sin la necesidad de cambiar constantemente los cables.
- 🌀 Se utiliza un montaje experimental con una manivela, discos y un eje conectado a un motor para generar energía eléctrica, la cual se mide con un multímetro.
- 💡 Un LED se enciende al generar suficiente voltaje, demostrando la producción de energía eléctrica en el experimento.
- 📊 Se obtuvo una relación directamente proporcional entre las revoluciones por segundo y la fem inducida, validada mediante un ajuste por mínimos cuadrados.
- 📐 La ecuación final obtenida es Voltaje inducido = 4.56 * Revoluciones por segundo - 1.45.
- 🔚 Como conclusión, se explica cómo la contra fem es un voltaje generado por la rotación de la bobina, y se resalta su importancia en la generación de energía eléctrica en un generador.
Q & A
¿Cuál es el objetivo principal del proyecto presentado en el video?
-El proyecto tiene como objetivo entender el funcionamiento de un motor de corriente directa, observar la variación de voltaje en un generador y analizar cómo esta variación afecta el funcionamiento del generador.
¿Qué elementos básicos componen un motor eléctrico de corriente directa?
-Un motor eléctrico de corriente directa se compone de imanes curvos, un electroimán en el centro llamado armadura, un conmutador y brochas que permiten que la armadura gire libremente.
¿Cómo se genera el campo electromagnético en un motor de corriente directa?
-El campo electromagnético se genera cuando la armadura se conecta a la corriente, lo que provoca que adquiera las propiedades de un electroimán. Los polos de este imán giran para alinearse con los polos de los imanes exteriores.
¿Qué función tienen las brochas y el conmutador en el motor?
-Las brochas y el conmutador permiten que la corriente fluya y cambie de dirección, lo que hace que la polaridad de la armadura se invierta, provocando que siga girando indefinidamente.
¿Cómo se mide el voltaje generado en el experimento presentado?
-El voltaje generado se mide utilizando un multímetro conectado a los cables del motor. Este mide la energía eléctrica generada cuando se hace girar una manivela que está conectada al eje del motor.
¿Cómo se obtiene la relación entre la velocidad de rotación y la fuerza electromotriz (fem) inducida?
-Se obtiene midiendo las revoluciones por segundo y la fem inducida que se lee en el multímetro. Luego, se realiza un ajuste por mínimos cuadrados para encontrar la ecuación que describe la relación entre ambas variables.
¿Qué muestra la gráfica obtenida en el experimento sobre la relación entre la fem y las revoluciones por segundo?
-La gráfica muestra que existe una relación directamente proporcional entre la fem inducida y las revoluciones por segundo en el generador.
¿Qué es la contra fem y cómo se relaciona con el funcionamiento del motor?
-La contra fem es un voltaje que se genera por la rotación de la bobina en un motor y se opone al voltaje aplicado, reduciendo el voltaje que fluye a través del motor. Se calcula como el producto de una constante eléctrica asociada al motor y la velocidad angular.
¿Cómo se utiliza el motor en el experimento para generar energía eléctrica?
-En el experimento, se aplica fuerza mecánica girando una manivela, lo que hace que el eje del motor gire. Esto convierte la energía mecánica en energía eléctrica, generando un voltaje.
¿Qué conclusiones se pueden extraer del experimento presentado?
-Se concluye que la contra fem se genera por la rotación de las bobinas en un motor. En el experimento, se demuestra que aplicando fuerza mecánica al motor, se puede generar energía eléctrica, verificando así la relación entre la velocidad angular y la fem inducida.
Outlines
🎓 Introducción al proyecto de variación de la FEM inducida
Este video comienza con una introducción sobre el proyecto número 3, realizado por los alumnos Ismael López y Salomón Velásquez, enfocado en la variación de la fuerza electromotriz (FEM) inducida en un generador. Los objetivos principales incluyen entender cómo funciona un motor de corriente directa, observar la variación del voltaje en un generador, y analizar su función. La introducción también explica brevemente el funcionamiento básico de los motores eléctricos y cómo se produce el giro mediante el cambio de polaridad en electroimanes.
🔄 Funcionamiento básico de un motor eléctrico
Se explica en detalle cómo funciona un motor eléctrico de corriente directa, comenzando por un circuito básico con una bombilla, un interruptor y una batería. Se detalla el flujo de electrones y la polaridad en diferentes direcciones. Luego, se introduce el concepto de electroimán, describiendo cómo cambia la polaridad al invertir los cables y cómo este principio hace girar el motor al mantener un cambio constante en la polaridad. Finalmente, se menciona el papel clave del conmutador y las brochas, que permiten que la armadura siga girando sin necesidad de intercambiar físicamente los cables.
⚙️ Mayor estabilidad y eficiencia en el giro del motor
Este párrafo detalla cómo se puede lograr una mayor estabilidad en el giro del motor mediante la adición de más armaduras y conmutadores, lo que permite un movimiento más constante. Se menciona cómo la fuerza del giro (llamada torque) está relacionada con la cantidad de vueltas de los electrones en el electroimán. Además, se describe la estructura básica del motor, incluyendo el rotor y el eje, y se establece la hipótesis principal del proyecto, la cual sugiere una relación directamente proporcional entre la velocidad de rotación y la FEM inducida.
🔬 Montaje experimental para medir la FEM inducida
Se describe la metodología del experimento, en la que se utiliza una manivela conectada a unos discos que, a su vez, están vinculados al eje de un motor mediante una liga. Al girar la manivela, el motor genera energía eléctrica, la cual es medida con un multímetro. Se agregan LEDs al circuito para demostrar que se genera suficiente voltaje para encenderlos. A continuación, se explica cómo se obtuvieron los datos experimentales, con especial énfasis en la medición de los periodos de cada ciclo, la frecuencia, y las revoluciones por segundo.
📊 Resultados y análisis de la relación entre FEM y revoluciones
Este párrafo discute los resultados obtenidos del experimento, mostrando cómo se midió la relación entre las revoluciones por segundo y la FEM inducida. Se explica que los datos fueron reorganizados para facilitar su interpretación y que la gráfica obtenida muestra una relación directamente proporcional entre estas dos variables. Se realizó un ajuste por mínimos cuadrados para encontrar la ecuación que mejor describe esta relación, la cual es voltaje = 4.58 * revoluciones por segundo - 1.45.
📈 Conclusión sobre la relación entre FEM y velocidad angular
En la conclusión se destaca que la fuerza electromotriz (FEM) se genera por la rotación de la bobina en un motor y se opone al voltaje aplicado. Se calcula utilizando la fórmula FEM = k * omega, donde k es una constante y omega es la velocidad angular. Además, se explica que, en el experimento, el motor está convirtiendo energía mecánica en energía eléctrica, generando la FEM. La conclusión subraya que existe una clara relación entre la velocidad angular y el voltaje generado en un generador, y se proporcionan referencias adicionales para aquellos interesados en aprender más sobre el tema.
Mindmap
Keywords
💡Motor de corriente directa
💡Electroimán
💡Conmutador
💡FEM inducida
💡Generador
💡Multímetro
💡Revoluciones por segundo (RPS)
💡Ley de los mínimos cuadrados
💡Velocidad angular
💡Contra-FEM
Highlights
Presentación del proyecto sobre la variación de la FEM inducida en un generador.
Objetivo principal: entender el funcionamiento de un motor de corriente directa y analizar la variación de voltaje en un generador.
Explicación del funcionamiento de un motor eléctrico de corriente directa, basado en un imán y un electroimán.
Descripción del comportamiento de los electrones en un circuito con batería, bombilla y switch, explicando el flujo de corriente en distintas configuraciones.
Demostración de cómo un imán y un electroimán pueden generar movimiento rotatorio cuando se invierte la polaridad.
Explicación del funcionamiento de un motor con un conmutador y brochas, permitiendo que la armadura gire indefinidamente.
Descripción de la armadura del motor como un electroimán que cambia de polaridad para mantener el movimiento continuo.
Relación entre la velocidad del motor y la fuerza electromotriz inducida (FEM) en el generador.
Metodología: uso de una manivela para hacer girar CDs conectados a un motor, generando energía eléctrica medida por un multímetro.
Visualización experimental: cómo al girar la manivela se encienden LEDs, indicando la generación de energía suficiente.
Resultados experimentales: relación entre las revoluciones por segundo y el voltaje medido (FEM) de forma ascendente.
Ajuste de los datos experimentales usando mínimos cuadrados para encontrar la mejor relación entre la velocidad y la FEM.
Obtención de la ecuación que describe la relación entre voltaje y revoluciones por segundo en un generador.
Conclusión: la FEM inducida es directamente proporcional a la velocidad de rotación de las bobinas del motor.
Explicación de cómo la energía mecánica aplicada al motor genera energía eléctrica, en vez de la energía eléctrica que comúnmente hace funcionar el motor.
Transcripts
[Música]
[Música]
de nuevo
hola a todos nosotros somos alumnos de
la facultad de ciencias de la unam el
día de hoy vamos a presentar el proyecto
número 3 sobre la variación de la fem
inducida en un generador este proyecto
está elaborado por ismael lópez y
salomón velásquez este proyecto tiene
como objetivos primero entender cómo
funciona un motor de corriente directa
al igual que observar la variación de
voltaje en un generador y finalmente
analizar la variación del voltaje y su
función no generador
vamos a empezar con una breve
introducción explicando cómo es que
funciona un motor eléctrico de corriente
directa
empecemos por recordar que en un
circuito que se compone de una bombilla
un switch y una batería los electrones
que oirán del lado positivo al lado
negativo si intercambiamos la batería
los electrones fluirán en la otra
dirección en algunos casos como en los
leds solo funciona cuando la corriente
viaja del lado positivo al negativo es
decir de ánodo a cátodo
ahora imaginemos un imán que puede fijar
libremente si acercamos otra mano los
polos opuestos se alinean debido a que
se atraen
si cambiamos el polo del imán estos se
repelen y provoca que el imán gire si
volvemos a acercar el polo opuesto
volverá a girar y si lo hacemos
indefinidamente se mantendrá girando
cambiamos ahora un electroimán si
estamos hablando alrededor de un
tornillo y lo conectamos a una batería
este genera un campo magnético
adquiriendo las propiedades de animales
este electroimán tiene la ventaja de que
cuando está conectado a un circuito se
puede encender y apagar adquiriendo y
perdiendo las propiedades de un imán de
igual forma si invertimos la batería la
corriente fluirá en el otro sentido
haciendo que la polaridad del imán o
electroimán se invierta una forma más
sencilla de lograr este cambio es no
intercambiando la batería sino los
cables al invertir los cables se
invierte la polaridad de nuestro
eléctrica ahora reemplazamos el imagen a
torio por el electroimán cuando lo
conectamos se alinea con el imán al lado
de él si cambiamos los cables sin pierde
la polaridad y el electroimán gira para
ellas
si cambiamos los cables de manera
indefinida la polaridad sigue cambiando
y el electro además se mantiene girando
agregamos un segundo y mana al otro lado
es temático tiene el pueblo octubre se
liman mientras el anterior tiene el polo
norte de este centro al conectar el
clima de los dos semanas que estará el
clima mientras se invierte la
probabilidad
el principio básico por el cual funciona
un motor es con dos imanes fuertes y
curvos y un electroimán en el centro
electroimán es llamado armadura que al
conectarse con la corriente genera un
campo electromagnético o adquiere las
propiedades de un electroimán o los
polos de este imán giran para alinearse
con los polos del imán exterior si
intercambiamos los cables la polaridad
se invierte y se gira para volver a
alinearse si lo hacemos indefinidamente
la armadura se mantendrá al final
otro elemento muy importante es el
conmutador que junto con las brochas nos
permite que la armadura gire libremente
sin necesidad de estar intercambiando
los cables
cómo funciona esto la corriente fluye a
través de la primera brocha conmutador
la armadura sale por otro conmutador y
viaja por él
generando así el campo magnético que
hace girar la armadura hasta que se
alinea con los imanes exteriores
antes que las brochas intercambios de
lugar la corriente fluye en este sentido
una vez que se intercambian la corriente
cambia de sentido haciendo que la
polaridad se invierta y la armadura gire
las brochas y el conmutador hacen que la
corriente se mantenga cambiado de
dirección invirtiendo la polaridad de la
armadura esto provoca que se mantenga
girando toda la manga
para tener una mejor estabilidad
agregamos otro conmutador y otra
armadura haciendo así que las brochas
intercambian la corriente y activen
diferentes electrones
esto hará que nuestra madurez se
mantenga girando mientras la corriente
se mantiene intercambiamos si queremos
tener un movimiento más estable
agregamos más armaduras y más
conmutadores
la fuerza del giro de nuestra armadura
será llamada corta
mayor porque significa mayor rapidez de
giro por la ley de los electrones serán
más fuertes y se encuentran más vueltas
alrededor de él es por eso que los
motores reales tienen muchísimos más
cables enrollados finalmente se cubre
con una capa nuestro motor en general
tenemos el rotor que es la parte de la
armadura en el centro y el eje que es lo
que está girando
en este proyecto nos vamos a basar en la
hipótesis de que existe una relación
directamente proporcional entre la
velocidad del protón y la fem inducida
metodología el montaje experimental es
algo simple primero elaboramos una
manivela con palitos de madera esta
manivela ayuda a hacer girar los cds
estos seres se encuentran conectados con
una liga esta liga se encuentra
conectada con el eje del motor que al
hacer girar la manivela giran los cds y
gire el eje del motor
esto hace que se genere energía
eléctrica que los caimanes miden
directamente de los cables del motor
esto está medido los canales están
conectados al multímetro por lo que
vamos a leer el voltaje finalmente los
leds sirven para agregarlos a nuestro
circuito y ver que en realidad se están
generando energía eléctrica
aquí hay una demostración de cómo al
girar la manivela giran los discos gire
el eje del motor y se lee un voltaje
a continuación mostraremos los
resultados obtenidos en nuestro
experimento y realizaremos una discusión
correspondiente
primero mostraremos un vídeo de cómo es
que se obtuvieron los datos
posteriormente un vídeo del
funcionamiento con los leds y finalmente
la interpretación de nuestros datos
obtenidos o sea lo que obtuvimos del
vídeo son los periodos de cada ciclo y
obviamente al invertirlo tenemos la
frecuencia no osea los ciclos por
segundo entonces eso es lo ser ps o sea
no es nada más el inverso de los
periodos de cada vuelta no el vídeo una
vez que ya tenemos las revoluciones por
minuto vamos a medir directamente en el
multímetro de voltaje e intentar
encontrar una relación entre estas dos
variables
en este vídeo se muestra como al girar
la manivela hacia adelante se enciende
un led eso quiere decir que se está
generando energía eléctrica suficiente
voltaje suficiente para encender un led
para los resultados que se muestran a
continuación hay que hacer varias
observaciones primero el periodo fue
obtenido con el vídeo como ya se explicó
anteriormente del periodo se obtuvieron
las revoluciones por segundo y de ahí se
lee yo ya me inducida que se mostraban
el multímetro cabe destacar que los
datos no fueron obtenidos de forma
ascendente o dependiente del tiempo que
queremos decir es decir que la fem
inducida en realidad iba cambiando como
se nota en el vídeo y va subiendo y
bajando alcanzaba un nivel máximo y
volvía a bajar
subía bajaba
esto se debe a que es una función de no
un consejo cuando la velocidad angular
es constante y estamos midiendo con
respecto del tiempo las revoluciones por
segundo por su parte se intentaba lo
mejor posible ir aumentando la velocidad
constantemente de forma uniforme pero
sabemos que con la mano esto es un poco
difícil de lograr entonces
sólo se obtuvieron las revoluciones por
segundo la feminidad y después
se reordenaron de forma ascendente para
obtener una mejor la relación y esto es
válido ya que es en realidad sólo
estamos graficando las revoluciones por
segundo versus el cm no estamos
considerando el tiempo es así como se
obtuve esta gráfica que bien podemos
decir que es una relación directamente
proporcional es decir la fem es
directamente proporcional a las
revoluciones por segundo en un generador
nos interesa ver cuál es la línea que
mejor se aproxima a nuestros datos por
lo que hicimos un ajuste por en todo de
mínimos cuadrados y se obtuvo los días
nos interesa ver cuál es la relación por
lo que aquí se muestran la línea que
mejor se acerca a nuestra a nuestros
datos los puntos naranjas son los que
muestran a nuestro justo por mínimos
cuadrados digamos la ecuación que es
igual a 4.56 x menos 1.45 o bien en
términos de nuestras variables físicas
es inducida voltaje igual a 4.58
revoluciones por minuto por segundo
menos 1.45
con esto vemos que la
debe haber una ecuación que describa
este fenómeno y que relacione el voltaje
con la velocidad angular en un generador
conclusiones
como conclusión específica tenemos los
siguientes la contra fem fuerza
electromotriz es un voltaje que se
genera por la rotación de la bobina en
un motor se opone al voltaje aplicado
reduciendo el voltaje que fluye a través
del motor la contra fem se calcula como
que es igual a k por omega donde k es
una constante eléctrica asociada al
motor y omega es la velocidad angular
ahora expliquemos un poco qué significa
esto nosotros sabemos que
el motor lo que hace es recibir energía
eléctrica y convertirla en energía
mecánica que es el eje del motor cuando
está girando pero nosotros estamos en
nuestro experimento haciendo lo inverso
que estamos aplicando fuerza mecánica al
hacer girar la manivela a nuestro motor
y este motor está convirtiendo la
energía mecánica en energía eléctrica
generando un voltaje es por eso que se
llama contra fem la contra fem en
realidad se va a encontrar cuando
nosotros estamos aplicando energía
eléctrica a nuestro motor
al girar las bobinas
el motor genera una contra fem que es un
contra voltaje pero nosotros lo estamos
utilizando de manera directa porque no
estamos aplicando una corriente sino que
directamente
estamos aplicando energía mecánica que
hace girar las bobinas el eje del motor
las bobinas y hace que se genere energía
eléctrica y ese es la contraoferta en el
motor y que sirve como nuestro generador
en este caso
como referencia se tomaron los tres
principales las fuentes que se pueden
consultar si quieres saber más del tema
[Música]
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